多环芳烃（PAHs）在菲律宾蛤（Ruditapes philippinarum）中的代谢毒性：代谢途径与肝毒性

《Aquatic Toxicology》：Metabolic toxicity of PAHs in Ruditapes philippinarum: Metabolic pathways and hepatotoxicity

多环芳烃（PAHs）混合物通过AhR和HR96-like通路调控菲律宾蛤蜊解毒代谢，性别差异显著影响氧化应激与肝损伤机制。摘要：

　　本研究聚焦于多环芳烃（PAHs）对海洋生态系统的影响，特别是其在牡蛎（*Ruditapes philippinarum*）中的解毒代谢和肝脏毒性机制。PAHs是一类具有高度生物累积性和毒性的持久性有机污染物，因其在自然环境中难以降解，长期存在，对生物体和生态系统构成了潜在威胁。近年来，随着人类活动的加剧，如海上石油开采、工业和生活污水排放等，PAHs污染问题日益严重，尤其在沿海地区，其浓度已达到中等水平。因此，深入了解PAHs在海洋生物体内的代谢机制和毒性响应，对于评估其生态风险、开发生物标志物以及进行污染监测具有重要意义。

研究中，科学家们采用了一种综合方法，结合转录组学、计算建模和实验验证，系统地分析了PAHs混合物（包括菲、?和苯并[a]芘，比例为1:1:1）在牡蛎体内的代谢路径和毒性反应。通过这种方法，研究人员能够更全面地揭示PAHs在海洋生物体内的作用机制，并为环境治理提供科学依据。牡蛎作为典型的双壳纲软体动物，其消化腺在代谢和解毒过程中起着关键作用，虽然它们没有结构上明确的肝脏，但消化腺在功能上承担了类似肝脏的任务，是污染物代谢的主要场所。因此，对牡蛎消化腺的基因表达变化进行分析，有助于理解其对PAHs的反应机制。

研究结果显示，PAHs暴露后，通过芳香烃受体（AhR）和HR96类似通路激活了多种解毒基因，同时，神经递质介导的NF-κB和酪氨酸激酶信号通路也参与了调节。这一过程导致了相I（如CYP1A1、CYP3A4）和相II酶的表达上调，然而，这些酶在代谢过程中产生的活性氧物种（ROS）未能被有效清除，从而引发了大分子损伤。研究还发现，雌性牡蛎在解毒能力方面低于雄性，但其氧化应激水平更高。长期的氧化损伤可能诱发肝脏功能障碍，伴随着炎症和纤维化的发生。这些发现表明，PAHs对海洋生物的影响具有性别依赖性，为进一步的生态风险评估和生物标志物开发提供了重要的理论依据。

在研究过程中，科学家们特别关注了PAHs在牡蛎中的代谢路径，因为传统的研究多集中于哺乳动物模型，而对海洋无脊椎动物，尤其是双壳纲动物的代谢机制了解有限。为此，研究团队采用了一系列计算方法，如网络毒性预测和分子对接，来模拟污染物与生物靶点之间的相互作用，并探索其生物转化机制。这些计算方法在预测新兴污染物的代谢路径方面已经取得了显著成果，如三（1,3-二氯-2-丙基）磷酸酯（TDCIPP）和双酚-A双（二苯基磷酸酯）（BDP）等。然而，对于PAHs在双壳纲动物中的代谢路径和毒性反应，仍缺乏系统研究。因此，本研究通过计算方法对PAHs在牡蛎中的代谢路径进行了初步预测，并结合实验数据进行验证，以填补这一研究空白。

在实验设计方面，研究团队从青岛某海水养殖基地采集了健康的牡蛎个体，经过一周的适应期后，将其置于自然海水中进行实验。实验环境包括恒定的水温（18±2℃）、盐度30、pH值7.8，并保证了持续的曝气和每日换水。牡蛎的饲养采用螺旋藻（*Spirulina platensis*）作为食物，以确保其生理状态稳定。所有实验操作均遵循相关的伦理规范和审批流程，确保实验的科学性和伦理性。

在样本采集和处理过程中，研究团队对牡蛎进行了不同时间点的采样，以分析其在PAHs暴露后的基因表达变化。通过对牡蛎消化腺的转录组测序，研究人员发现，雌性和雄性牡蛎在PAHs暴露后的基因表达存在显著差异。具体而言，雌性牡蛎中发现了2220个差异表达基因（DEGs），其中912个基因上调，1308个基因下调；而雄性牡蛎中则发现了2731个DEGs，其中1398个基因上调，1333个基因下调。这些基因的表达变化涉及多个生物学过程，包括能量代谢、营养利用和生殖调控，涵盖了蛋白质运输、肽类代谢等多条通路。

进一步的功能富集分析显示，PAHs暴露后，牡蛎的代谢反应在性别之间存在显著差异。例如，雌性牡蛎的基因表达变化更倾向于与生殖相关的通路，而雄性牡蛎则表现出更强的与能量代谢和解毒相关的基因表达变化。这种性别差异可能与牡蛎在繁殖季节的代谢需求增加有关，因为在此期间，它们的代谢速率提高，能量消耗增加，这可能进一步促进PAHs的生物累积。因此，选择处于繁殖期的牡蛎作为研究对象，有助于更准确地反映其在自然环境中的代谢和毒性反应。

研究团队还发现，PAHs暴露后，牡蛎的抗氧化酶活性有所增强，如过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化酶（GPX）和过氧化物酶（PRDX）。然而，尽管这些酶在一定程度上能够清除ROS，但ROS的累积仍然无法完全避免，导致了氧化应激的加剧。这种氧化应激可能进一步引发细胞损伤，包括凋亡、焦亡和铁死亡等程序性细胞死亡过程，最终导致肝脏样组织的结构破坏和功能障碍。这些结果表明，PAHs在牡蛎体内的毒性作用不仅涉及直接的细胞损伤，还可能通过氧化应激引发一系列复杂的生理和病理反应。

在讨论部分，研究团队指出，计算模拟技术在环境毒理学中的应用日益广泛，特别是在预测外来化合物的生物转化路径和识别解毒过程中的分子靶点方面。先进的预测平台，如ADMETlab和SwissADME，能够模拟污染物的理化性质、酶促转化和毒理学特征，从而为研究提供有力支持。这些计算方法在预测新兴污染物的代谢路径方面已经取得了显著成果，但在海洋无脊椎动物中的应用仍较为有限。因此，本研究通过计算方法对PAHs在牡蛎中的代谢路径进行了初步预测，并结合实验数据进行验证，以探索其在海洋生物体内的作用机制。

研究还强调了经典肝脏损伤生物标志物在海洋生物中的应用价值。例如，丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天门冬氨酸氨基转移酶（AST）在哺乳动物中被广泛用于评估肝脏损伤，但这些指标在海洋无脊椎动物中的适用性也得到了验证。研究团队发现，这些生物标志物在牡蛎体内的表达与肝脏损伤存在一定的相关性，为进一步的生态风险评估和生物标志物开发提供了依据。此外，研究还指出，虽然肝脏在哺乳动物中是代谢外来化合物的主要器官，但在海洋无脊椎动物中，消化腺承担了类似的功能。因此，对消化腺的基因表达和代谢反应进行研究，对于理解PAHs的毒性作用具有重要意义。

综上所述，本研究通过多学科方法，系统地揭示了PAHs在牡蛎体内的代谢路径和毒性反应，特别是其在性别差异下的影响。研究结果不仅为理解PAHs的生态毒性提供了新的视角，还为环境治理和污染监测提供了科学依据。未来，随着计算方法和实验技术的不断进步，对海洋生物体内的污染物代谢和毒性反应的研究将更加深入，为保护海洋生态系统和人类健康提供更加有力的支持。